[发明专利]一种基于螺旋图的时间序列数据可视化方法

摘要

本发明公开了一种基于螺旋图的时间序列数据可视化方法，包括如下步骤：首先对于给定的阶段性时间序列，使用一个圆环表示一个状态，多个同心圆表示阶段性时间序列所包含的状态集；其次状态间的可达路径使用螺旋线表示，其中螺旋线的颜色和透明度分别与路径的种类和路径与其他路径的交叉点数量有关，而且螺旋线的透明度根据该螺旋线与其他螺旋线的交叉个数采用长尾算法计算；最后设计交互动作以满足用户的操作需要。对我国铁路列车站点数据的实验，验证了模型对阶段性时间序列数据可视化的有效性，并能够为用户对于状态变换间路线选择提供决策支持。本发明解决了在有限的空间中，在不增加时间轴长度的情况下，有效展示任意时间长度的路径的问题，并通过采用基于长尾函数的透明度算法，给每条路径分配透明度，降低路径交叉重叠带来杂乱度，同时有效保留了数据信息。

主权项

1.一种基于螺旋图的时间序列数据可视化方法，完成对阶段性时间序列数据有在有限的空间内有效地可视化，顺序执行如下具体步骤：步骤1：输入具有状态集S＝{s₁,...s_i,...s_n}，和状态间可达路径集L＝{L₁,...L_i,...L_n‑1}的阶段性时间序列数据，其中，n为状态数量，s_i表示第i个状态，从状态i转换到状态i+1的过程称为阶段i，L_i表示阶段i的可达路径；步骤2：根据状态集S状态属性设计状态圆环，包括状态圆环半径集R＝{r₁,...r_i,...r_n}，状态圆环宽度arcWidth，状态圆环颜色集Color＝{color₁,...color_i,...color_n}；根据状态周期T设计的状态圆环坐标轴，其中，半径集R中元素r_i表示状态s_i圆环的外半径，Color集中的元素color_i表示状态s_i的颜色，状态集S表现为一系列同心圆环，圆心为(x_o,y_o)；步骤3：根据路径集L和状态集S，采用椭圆子线条完成路径的线路绘制，其中路径集L中每条路径包括以下属性：路径的起始时间startTime，到达时间arriveTime，经历时间t，完成路径绘制；详细步骤如下：步骤3.1：根据每条路径l_ik(i＝1,2,...n‑1；k＝1,2,...p_i；p_i＝|L_i|)的起始时刻startTime_ik，到达时刻arriveTime_ik，得到位于状态s_i圆环上的起始位置坐标为(Sx_ik,Sy_ik)，位于状态s_i+1圆环的到达位置坐标为(Tx_ik,Ty_ik)；其中：阶段i的一条可达路径l_ik的起始位置(Sx_ik,Sy_ik)为到达位置(Tx_ik,Ty_ik)为步骤3.2：根据路径l_ik的历时t_ik，以及状态圆环周期T，求得路径螺旋线跨度△radian_ik＝(t_ik/T)*2π，并将路径l_ik设计为由segment_ik＝(t_ik/T)*360段椭圆子线条构成；步骤3.3：阶段i圆环宽度△r_i＝r_i+1‑arcWidth‑r_i分成segment_ik段，每段子线条宽度为△r_ik＝△r_i/segment_ik，则椭圆子线条seg_ikj(j＝1,2,...,segment_ik)的短半轴为a_ikj＝r_i+△r_ik*(j‑1)，长半轴为b_ikj＝r_i+△r_ik*j，且椭圆的圆心与状态圆环圆心相同；seg_ikj的终点位置(Tx_ikj,Ty_ikj)即seg_ik(j+1)的起始位置(Sx_ik(j+1),Sy_ik(j+1))为其中△agl_ik＝△radian_ik/segment_ik；步骤3.4：根据以上步骤绘制路径线条；步骤4：路径l_ik类型映射到区间[0,1]中为l_type_ik，由状态s_i的颜色为color_i，状态s_i+1的颜色为color_i+1，则可得到l_ik的颜色为color_ik＝(color_i+1‑color_i)*l_type_ik+color_i；步骤5：计算阶段i中与路径l_ik交叉的路径个数crossNum_ik，利用长尾函数求得路径的透明度transp_ik，其中crossNum_ik是自变量，transp_ik是因变量；根据算法求得路径l_ik和路径l_ip是否交叉，可以求得阶段i内路径l_ik与其余路径的交叉点的个数crossNum_ik，利用长尾函数求得路径的透明度transp_ik；通过设置路径的最大透明度transpMax_i，最小透明度transpMin_i，并求得阶段i内路径交叉点最大为crossNumMax_i，最小为crossNumMin_i，则步骤6：进行交互设计。